KR100321613B1 - 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법 - Google Patents
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Abstract
금속 표면에 ΑlＦ3, Al(ＦχＯy)n등의 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 처리하여 불소가스 분위기 하에서의 절삭공구나 금속 부품의 산화방지를 가능하게 한 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법에 관한 것으로, 절삭공구 또는 HF 가스에 노출되는 금속표면에 PEPVD 혹은 PECVD 방법으로 TiAlN을 이온 도금한 후 200∼400℃의 대기중에 1∼3시간동안 노출시켜 도금층 표면에 Al2O3층을 형성시킨 후 350∼400℃의 HF 가스 분위기하에 1∼6시간 동안 노출시켜 도금층 표면에 AlF3나 Al(ＦχＯy)n층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 금속표면에 다층 이온도금하는 방법에 관한 것으로, 특히 금속 표면에 ΑlＦ3, Al(ＦχＯy)n등의 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 처리하여 불소가스 분위기 하에서의 절삭공구나 금속 부품의 산화방지를 가능하게 한 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건식도금에 사용되는 기술에는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이 있고, 여기에 플라즈마를 첨가시킨 이온도금 방법으로 PEPVD(Plasma Enhenced PVD)법과 PECVD(Plasma Enhenced CVD)법이 알려져 있다.
이와 같은 방법들을 활용하면 합금강 표면에 내마모성을 증가시키기 위해 질화티탄(TiN) 등을 도금하며, 이중 고온·고속 절삭공구의 수명을 높이기 위한 대표적인 이온도금 방법은 질화알루미늄티탄(TiAlN) 도금이다.
TiAlN 도금층은 내마모성이 우수하고 경도가 매우 높으며 200∼400℃에서도 TiAlN중의 Al원소가 공기중의 산소와 반응하여 표면에 치밀한 산화알루미늄(Al2O3) 형성으로 내식성을 갖는다. 또한 치밀하게 형성된 Al2O2층의 보호로 TiAlN 도금층은 온도가 800℃까지 국부적으로 올라가도 수분정도의 시간은 견디므로 절삭공구에 TiAlN을 도금하면 경도가 높고 열처리된 강도 고속절삭 가공이 가능하다.
그런데 금속소재 표면에 TiAlN만 도금된 상태에서는 도금층의 접촉 온도가 800℃ 이상이 되면 다층 도금층이 분해되고, 경도가 떨어지며 내마모성이 취약해지므로 고속 절삭공구의 수명이 단축된다.
더욱이 이렇게 되면, 테프론(Teflon)피복전선을 압출하는데 사용하는 압출기의 주요 부품 예컨데, 스크류, 다이 및 니플에 TiAlN만 도금된 상태에서는 도금에 악영향을 주어 피복전선의 표면이 매끄럽지 못한 불량을 유발하는 원인이 되기도 한다.
따라서 본 발명은 800℃ 이상의 대기중 온도에서 TiTlN 도금층이 수분 보다 더욱 긴 시간동안 견딜 수 있게 하여 절삭공구나 금속부품의 수명을 종래보다 더욱 증가시키기 위한 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,
절삭공구 또는 HF 가스에 노출되는 금속표면에 PEPVD 혹은 PECVD 방법으로 TiTlN을 이온 도금한 후 200∼400℃의 대기중에 1∼3시간 동안 노출시켜 도금층 표면에 Al2O3층을 형성시킨 후 350∼400℃의 HF 가스 분위기 하에 1∼6시간 동안 노출시켜 도금층 표면에 AlF3나 Al(FXOY)N층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 절삭공구 또는 주요 금속부품에 PEPVD 혹은 PECVD 방법으로 TiAlN을 이온 도금한 후 200∼400℃의 대기중에 1∼3시간 동안 인위적으로 노출시키면 TiAlN 이온도금층이 산화되어 도금층 표면에 1차적으로 Al2O3가 형성된다. 즉, 산화전처리(Pre-oxidation) 과정을 밟는다.
산화전처리의 층을 형성시킨 후 350∼400℃의 HF(플루오르화수소산) 가스 분위기 하에 1∼6시간 동안 노출시키면, Al2O3의 산소가 HF 가스중의 불소와 치환되어 역시 치밀한 AlF3가 형성된다.
또한 TiAlN 층의 Al과 HF 가스중의 불소가 반응하여 역시 AlF3가 생성되며, 대기중이므로 Al(FXOY)가 생성되기도 한다.
이때 Al(FXOY)N에서 x + y = 1이며, n은 2.3∼3의 숫자를 갖는다.
이렇게 하여 금속 표면에 치밀하게 생성된 AlF3혹은 Al(FXOY)N은 1200℃까지도 대기중에서도 분해되지 않고 안정하며, 경도가 높고 산이나 알카리에도 침식되지 않으며, 특히 불산(Hydrofluoric acid)에도 침식되지 않는다.
따라서 위에서 기술한 방법으로 TiAlN 도금층 위에 AlF3나 Al(FXOY)N층을 생성시켜 다층 도금층(Multilayer)을 형성시키면 종래 방법에 의한 것이 최대 사용온도가 800℃인데 비하여 본 발명이 방법에 의해 표면처리된 것은 800℃ 보다 높은 900℃에서도 다층 도금층이 분해되지 않고 견디고, 높은 경도가 유지되어 내마모성이 우수하므로 고속 절삭공구 등 공구의 수명을 10배 이상 연장할 수 있다.
또한 AlF3나 Al(FXOY)N은 플루오르화수소산 가스(HF gas) 분위기에서도 400℃까지 분해되지 않고 견딘다.
한편, 테프론(Teflon) 피복전선을 압출제조 할 경우에는 전술한 바와 같이 압출온도가 300∼400℃로 높으며 이때, 테프론 수지로부터 분해된 HF 가스가 발생하여 압출기 주요 부품인 스크류(screw), 다이(die) 및 니플(nipple)이 일반 합금강이면 이들을 심하게 부식시키므로 테프론 피복전선용 압출기의 스크류, 다이 및 니플은 HF가스에 부식이 잘 안되는 하스텔로이(Hastelloy) 등을 종래에는 사용하고 있다.
그러나 하스텔로이는 가격이 고가일뿐더러 경도가 낮아 마모가 잘되어 수명이 짧은 단점을 가지고 있다.
따라서 테프론 피복전선용 압출기의 스크류, 다이 및 니플 등 주요 부품을 본 발명의 방법으로 표면처리하면, 주요 부품의 수명을 10배 이상 연장할 수 있는것으로 나타났다.
또한 AlF3나 Al(FXOY)N도금층과 용융된 테프론 레진과의 접착력이 하스텔로이와 용융된 테프론 레진과의 접착력보다 작으므로 본 발명 방법에 의해 주요 부품을 처리하여 테프론 피복 전선을 압출하면 윤활성이 좋아 압출된 피복전선은 표면이 매끄러운 장점을 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속표면에 ΑlＦ3, Al(ＦχＯy)n등의 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 처리하여 불소가스 분위기 하에서의 절삭공구나 금속 부품의 산화방지를 가능하게 하여, 종래보다 경도가 높고 내마모성이 우수하며 고속절삭 공구의 수명을 수배로 증진시킬 수 있는 특장점을 갖는다.
Claims (2)
- 절삭공구 또는 HF 가스에 노출되는 금속표면에 PEPVD 혹은 PECVD 방법으로 TiAlN을 이온 도금한 후 200∼400℃의 대기중에 1∼3시간동안 노출시켜 도금층 표면에 Al2O3층을 형성시킨 후 350∼400℃의 HF 가스 분위기 하에 1∼6시간 동안 노출시켜 도금층 표면에 AlF3나 Al(ＦχＯy)n층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 TiAlN을 이온 도금한 후 350∼400℃의 공기와 HF 가스의 혼합하에 1∼6시간동안 노출시켜 TiAlN 도금층 표면에 ΑlＦ3나 Al(ＦχＯy)n층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20060926 Year of fee payment: 6 |
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